TWI496960B - 在塑膠部件上製造鍍金屬層的方法 - Google Patents

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Description

在塑膠部件上製造鍍金屬層的方法
本發明係有關於一種在(特定言之)三維的塑膠部件上製造鍍金屬層的方法，其中，可選製造一導電層及在其上面製造一電增強體。
模塑互連器件(MID器件)之核心理念在於集電氣功能及機械功能於由熱塑性材料構成的金屬化注塑件。其空間結構可用於輸電、遮罩或構成發射面。
採用“雷射直接成型”(LDS)工藝時，利用雷射束將電路圖施加於單元件式注塑件的表面。同時產生有利於實施下一金屬化處理的表面結構，該表面結構用於產生針對電流路徑的極佳黏著性。亦可使用雷射將經過金屬化處理的表面切除。
採用減除技術(亦稱“雷射減除成型”(LSS))時，在無外電路電流的情況下用銅為整個部件鍍層。電鍍層完畢後，可在下一步驟中塗佈抗蝕劑，再用聚焦雷射束準確地對未來將設置絕緣通道的地點進行結構化處理。下一步驟係將銅蝕刻掉並實施表面精整。
涉及雙元件式注塑件時，較佳利用鈀進行晶核化來對塑膠表面進行啟動處理。再用化學或電解方式鍍覆期望的銅層厚。採用無外電路電流工藝之缺點在於，沈積速率較慢，故而操作費時，且最大層厚僅為20 μm。
上述工藝採用同樣的處理順序，即注塑、預處理/雷射 啟動以及化學金屬化處理。因此，所有工藝皆存在化學金屬化處理方面的問題，特定言之，其所能達到的金屬厚度較小，部件停留於鍍金屬層槽的時間較長，成本過高。處理步驟的多樣性則在實踐中進一步加大了部件加工難度。此外，需要針對各種結構形狀而設計部件支架、加工系統、抓持器及輸送容器，此點亦對加工難度產生不利影響。
根據先前技術，在銷售手機或智慧手機之(例如)天線的大市場中，在化學金屬化處理槽內的旋轉滾筒中根據期望金屬化處理天線結構對實施為鬆散材料的部件進行處理。通常情況下為該滾筒裝入數千乃至一萬個單個部件，具體視部件及滾筒大小而定。對熟悉相關技術者不言而喻的是，在滾筒組中採用上述針對鬆散材料之部件加工方式會難以乃至無法加工此等易損的機械敏感部件。此外，部件在旋轉滾筒中相互摩擦會影響鍍金屬層的品質。
MID塑膠部件(例如，手機用天線)通常具有一或多個互不相連的導電區域。注塑完畢後對此等區域進行特別處理以便就地可選沈積銅，具體視相應工藝而定。對此等區域實施電金屬化處理需要滿足多項前提條件。其一是必須透過化學金屬化處理等相應工藝在此等區域內形成連續式導電起始層。其二是所有區域皆需連接電位。其三是當生產過程結束時此等區域必須彼此絕緣。
先前技術中，預處理、化學金屬化處理等處理步驟將待加工的部件以鬆散材料的形式收集在一起，故而加大了此等針對注塑成型件之處理步驟的操作難度。在進一步加 工前需要在容器中實施精確定位，而雷射啟動對定位精度的要求很高。
本發明之目的在於降低部件操作難度，特定言之，毋需將相應部件重複放入容器且大幅減少各種容器的數目，從而降低每個部件類型的操作難度，以及利用某種電金屬化處理來快速廉價地產生厚銅層，該電金屬化處理之沈積速度明顯快於僅採用化學金屬化處理所能達到的沈積速度。
本發明用以達成上述目的之解決方案為具有申請專利範圍第1項所述特徵的方法。本發明的其他設計方案參閱附屬項。
本發明提供一種方法，其中，利用連接件將該等塑膠部件連接柔性載體，特別是輸送帶，該載體單側或雙側連接相應塑膠部件，以便將多個塑膠部件臨時聯結在一起，藉此便可利用該連接件為該載體與該塑膠部件建立導電連接，以便為了該電鍍金屬層而實施供電。透過上述方式便可利用該載體以特別簡單的方式將各塑膠部件聯結成一原則上連續延伸的條帶，採用習知輸送手段便可很方便地輸送該條帶。本發明採用如下流程鏈：將該載體直接連續送入多個塑膠部件處理工作站(自成型處理至電鍍層構建)，亦可將連接該等塑膠部件的載體捲繞於線圈架上並用作半成品，以適應於不同生產地點上的具體用途。藉此便可以簡單方式將各MID塑膠部件連接在一起，以便順利地使其 自一加工過程進入下一加工過程並受到電金屬化處理，其中，利用該載體實施供電。
根據本發明之方法的一種有利設計方案，在該等塑膠部件上模製相應連接件。因此，毋需採取額外工序來為塑膠部件與連接件建立電連接，採用一共同生產步驟便可將該二部件製成整體部件並進行進一步加工。隨後利用該注塑至相應塑膠部件的連接件將多個塑膠部件與該載體連接為條帶。
根據一種可能且可行的實施方案，在注塑工藝中除該連接件外亦一同製出形式為連續條帶之載體，以便利用單獨一工序製出所有需要的部件。而根據特別可行的實施方案，將該等連接件連同該載體特別是以機械的方式夾緊於該載體之(例如)成型部及/或凹口上。如此便可利用一區別於載體製造工序的工序來製出該等塑膠部件以及注塑的連接件，在此情況下，該載體可採用市場上有售的產品，遂達到簡化製造過程的目的。舉例而言，該載體實施為穿孔帶，該連接件可穿過該載體之通孔並透過咬邊形成機械夾緊。藉此來建立可承受較大機械負荷的連接。
該等規則成型部或凹口可供傳動齒輪卡入以實現規定的推動力，此外，該等用於實現推動力的成型部或凹口還用於對該連接件實施機械固定。在此亦可例如採用穿孔。
根據另一特別有利的設計方案，該連接件沿實施為標定斷裂點的材料弱化連接該塑膠部件，以便未來將該塑膠部件從該連接件上分開並預防該塑膠部件(例如)在捲起 載體過程中受損，因為該標定斷裂點可阻止大作用力傳遞給該塑膠部件。
根據通常情況下所製出塑膠部件的格式及尺寸，一般將塑膠部件單側固定於單獨一載體上。而根據特別有利的實施方案，將兩載體及一處於中間的塑膠部件連接在一起。如此便可對相對較大的塑膠部件予以可靠固定，並利用該等處於外部的載體對該塑膠部件實施最佳防護及機械穩定式固定。
上述方式亦適用於在兩外緣之間具有用於塑膠部件之凹口的載體。而根據本方法的一種特別有利的設計方案，多個平行載體被佈置於相鄰塑膠部件之間的連接片連接在一起，該等連接片使該等載體保持一定間距，該等連接片可視相應塑膠部件而具有不同尺寸。透過上述方式便可將載體應用於任意場合並用不同長度的連接片來連接各種塑膠部件。
根據本發明之方法的一種實施方案，該等連接該塑膠部件之連接片除具有將該等載體機械穩定於一定間距的功能外，還可用於直接連接該等塑膠部件，以便利用該等連接片對該等塑膠部件進行電接觸。
當然，可利用該等連接成一條帶的塑膠部件來以簡單的方式間將各處理步驟聯結在一起，其中，利用統一的操作迴圈使該等塑膠部件先後經歷所有處理步驟。本發明將各處理步驟予以分離或就地分開執行此等處理步驟，故而優勢極大。先前技術需要在每個處理步驟完畢後將各塑膠 部件分開並以鬆散材料的形式送入下一加工站，因而需要將其首先固定於一容器內，而根據本發明的另一有利實施方式，將該至少一載體連同相連的塑膠部件一起捲繞於一線圈架上以便提供給下一加工過程。
為此，根據另一實施方式，將該等載體及/或該等連接片連接間隔墊片，該等間隔墊片在橫向於該載體之主延伸方向的方向上具有一定高度且採用某種尺寸，使得該等塑膠部件在該載體之捲繞狀態下彼此間隔足夠的距離。藉此便可將以上述方式捲起的載體(例如)作為整體(即在捲起狀態下)浸入金屬化處理槽，以便同時迅速處理多個塑膠部件。其中，該等間隔墊片皆可實施為獨立元件抑或實施為該等連接片或該等載體之一體式組成部分。視需要亦可對該等間隔墊片予以完備。
根據另一特別有利的設計方案，將用作間隔墊片之可再利用的獨立塑膠帶與該載體捲繞在一起，以便該塑膠帶以及該載體交替出現。其中，該塑膠帶可具有相應凹口，該等凹口準確對應於正面及背面接觸之載體。透過上述方式便可視需要添加間隔墊片以實現特別靈活的生產過程。
該載體可由導電材料(尤指金屬)構成，藉此可簡化電接觸，透過此電接觸可同時對多個塑膠部件進行電金屬化處理。而根據本發明之特別有利的實施方案，至少一載體由非導電材料(如塑膠)構成，利用一之前進行的選擇性啟動來為該連接件與該載體以及/或者為該連接件與該塑膠部件的至少一(較佳多個)導電區域建立導電連接。亦 即，利用一共同處理步驟啟動該等塑膠部件、該等連接件以及該載體，並隨後實施選擇性金屬化處理。在此情況下，視需要產生導電特性且該等導電特性僅限於特定區域。
利用滑動接點來電接觸載體，此舉可方便地實現電金屬化處理，其中，利用中央供電機構為所有電連接的塑膠部件供電。例如採用摩擦輪來實現滑動接觸。
根據另一特別有效的實施方案，將該連接件沿一連續線條連接該載體，其中，該線條之長度明顯大於該連接件之寬度。換言之，透過以下方式顯著提高該連接件與該載體之接觸線的長度：該接觸線例如呈波狀、梳妝或鋸齒狀，而非直線。與此類似，亦可利用緊靠該載體之區域內的通孔(例如對該連接件實施穿孔)來延長接觸線。
根據該方法的另一有利設計方案，在對處於捲繞狀態之載體實施端面接觸的電解槽內實施該電金屬化處理。如此便毋需將載體從其線圈架上展開，待金屬化處理之塑膠部件之此種緊湊型佈置方案有利於最大限度地利用電解槽內的使用空間，此外還能將必要的輸送費用降至最低。
根據該方法的另一特別有利的實施方案，在化學及/或電金屬化處理過程中對該等塑膠部件、該等連接件及該載體鍍覆導電層，隨後鍍覆特定言之由錫構成的抗蝕劑，再利用雷射置入絕緣路徑，最後對該導電層之透過上述方式曝露出來的區域進行蝕刻。
採用帶靜止網格的統一載體可提高生產過程的靈活性，其中，實施該方法時僅需採用一視情況變更的控制程 式來控制不同塑膠部件，而基本上不必對工藝技術加以調整。
在此情況下，可透過對該等連接片及/或該載體中的凹口進行偵測來實現位置測定，如此便可利用統一的識別特徵來進一步簡化位置測定。
可在一單獨工序中、亦可結合將塑膠部件安裝成產品的工序將該等塑膠部件分開。有利者係利用機械分離法或電磁射線沿該標定斷裂點及/或該材料弱化將該等連接件從該塑膠部件上分開。此處可採用習知衝壓工具或雷射切割設備。上述二工藝之能量施加皆較小故皆有利，其中，雷射切割法僅需實施程式變更便可沿標定斷裂點或材料弱化順利改變待分離輪廓，故而便於在實踐中靈活運用。
該方法原則上可應用於所有MID製造工藝，本文僅列出LDS工藝、雙組件式注塑工藝或減除過程。舉例而言，該方法亦適用於用以對非導電表面進行改質的工藝，以便依照期望模式並透過固定相應化學官能基團來佈置金屬層，以便將導電材料佈置於該等基團上。在此情況下，該導電材料實施為依照期望模式以形成期望厚度之金屬層的基底。鍍覆厚度更大的層時，可採用傳統自催化槽進行金屬化處理，本發明的方法較佳採用電鍍槽來可選達成此目的。
本發明存在多種實施方式。下面參照附圖所示的其中一實施方式對本發明的基本原理進行詳細說明。
本發明在(特定言之)三維的MID塑膠部件3上製造鍍金屬層8的方法，其中，利用化學過程以及隨後的電金屬化處理可選製造導電層，下文將參照圖1至圖9對該方法進行詳細說明。
本發明之核心理念在於，將各塑膠部件3以便於自一加工過程進入下一加工過程且受到電金屬化處理的方式相連。
為解決輸送難題，將由塑膠或金屬構成的(例如)帶狀載體1放入未繪示注塑工具，以便利用注塑連接件2將該載體連接塑膠部件3。本發明的方法存在多種實施方案。
根據本發明如圖1所示的第一實施方式，將塑膠部件3側向連接載體1，該載體具有透過穿孔而產生且用於執行規定輸送的規則成型部5。
而在圖2中，較大的塑膠部件3可雙側各連接一載體1。其優點在於，該二載體1每隔一定間隔便透過相應連接片6相連，遂被保持於規定間距上。
在採用此種連接片6的情況下，塑膠部件3亦可藉其三或四個側面連接載體1之帶結構，參閱圖3。
此種連接多個塑膠部件3之載體1可捲繞於線圈架11上。該等繞組便於在各處理步驟間受到輸送且便於自動送入(例如)雷射加工過程。加工步驟完畢後可將載體1及固定於其上的塑膠部件3自動捲起。同樣可將該等繞組整體浸入金屬化處理槽。如此便毋需對單個部件實施加二。
如圖9所示，連接件2上設有多個間隔墊片10，其突 出於塑膠部件3的高度以外且其作用在於，在捲起載體1的過程中為各塑膠部件3所在位置保持足夠的間距。藉此便可在金屬化處理槽中潤濕塑膠部件3的所有側面。
作為上述間隔墊片10的替代方案，可將帶墊片之未繪示之可再利用的獨立塑膠帶與上述載體1捲繞在一起，以便該等墊片接觸載體1的外部區域並按規定將各塑膠部件3隔開。
根據特別有利的實施方案，該由塑膠或金屬構成的載體1用於對塑膠部件3實施電金屬化處理。塑膠部件3通常具有一或多個互不相連的導電區域。注塑完畢後對該等區域進行特別處理以便就地可選沈積銅，具體視相應方法而定。對該等區域實施電金屬化處理需要滿足多項前提條件。其一是必須透過化學方法在該等區域內形成連續式導電起始層。其二是所有該等區域皆需連接電位。其三是當生產過程結束時此等區域必須彼此絕緣。
如圖9所示，本發明利用連接件2將該塑膠部件3之各導電區域單側或多側連接一或多個載體1，以便利用連接件2及連接片6經由載體1為該等導電區域供電。
位於載體1及對應塑膠部件3之間的連接件2具有實施為狹窄部之材料弱化4，藉此來保持可靠機械連接。生產過程結束時可藉由衝壓或雷射切割等分離方法沿此材料弱化4將塑膠部件3從該複合體上分開。每個連接件2皆可將塑膠部件3的一或多個導電區域連接該由金屬構成的帶狀載體1。為此，可對該等連接件2的至少部分區段連同塑 膠部件3之導電區域一起進行預處理及電金屬化處理。
本方法對使用由金屬與由塑膠構成的載體1予以區分。
利用對該等連接件進行預處理(例如，雷射輻射及隨後的化學金屬化處理)可為該由金屬構成的載體1與連接件2以及與塑膠部件3之導電區域建立導電連接。藉此便可透過載體1為塑膠部件3持續而可靠供電，從而滿足了對塑膠部件3之導電區域實施電金屬化處理的基本前提條件。
尤佳延長載體1與連接件2之金屬化材料的連接長度以便為載體1與連接件2建立可靠電連接。
圖4為該注塑連接件2之有利梳狀結構9。該梳狀結構9亦可採用其他成型部，如鉤狀、彎曲部、雙彎曲部或斜角。上述結構可進一步延長有效連接長度。
另一有利實施方案係在該等連接件之梳狀結構9所在區域為載體穿通相應通孔，參閱圖5。在注塑過程中將塑膠充填該等通孔。如此便可在載體1的頂面及底面上為各連接件2之梳齒建立可靠連接，另見圖6。
圖6為載體1與連接件2之如圖4所示連接的剖面圖，在連接區域內設有相應經穿孔而產生的梳齒。較佳不對位於載體1上的該等輸送孔或導引孔區域進行擠塑處理。藉此便可在自動輸送裝置及加工設備中的輸送帶上對載體1實施規定鍍覆。以及在電金屬化處理過程中為載體1的每個位置低電阻供電。
採用塑膠帶或由其他非導電材料構成的條帶為載體1 時，無法透過載體1供電，故毋需為連接件2與載體1建立導電連接。作為替代方案，亦可對載體1之連接相應連接件2之分區的整個長度實施持續擠塑，參閱圖8a及8b。其中，以類似於圖5所示由金屬構成之載體1的方式對此處之載體1的注塑區域實施穿孔，該項穿孔處理之目的在於為載體1與連接件2建立可靠連接。
如圖8b所示，對連接件2之化學金屬化處理後，沿載體1產生可連續導電並可用來進行持續供電的路徑。同樣，有利者係不對位於至少一側上的輸送孔或導引孔區域進行擠塑處理，以便在輸送及加工過程中保持高度上的精度。
無論採用何種載體材料，此處皆可採用一或多個、較佳兩個載體1以達到供電的目的。該等載體1可連接連接片6。該等連接片6可具有穿孔。連接件2與連接片6之連接方式可與該連接件2與載體1的如圖9所示之連接方式相同。
根據本發明的一種實施方式，在一未繪示容器內實施電金屬化處理。其中，如圖7所示對該線圈架11之端面上星形佈置的銅指7進行接觸，該線圈體上捲繞有承載塑膠部件3的載體1。載體1由金屬帶構成時，載體端面可直接與銅指7導電相連，而當載體1由非導電材料構成時，連接件2的端面需要形成如圖8a所示之金屬化表面。
該方法的另一特徵在於，對完全由可金屬化塑膠構成的塑膠部件3實施注塑並隨後在化學及電解槽內整面鍍覆銅。下一步驟係為塑膠部件3鍍覆由錫構成的抗蝕劑。利 用雷射將絕緣路徑置入錫層並隨後對曝露的銅區域進行蝕刻，藉此來對導電層進行結構化處理。與前述處理過程類似，此處亦透過將塑膠部件3與用作輸送帶的載體1連接在一起來簡化各處理步驟間的操作。在與該方法的相關說明中涉及的在銅層之電增強體方面的優點亦適用於此。
本發明的方法適用於所有用於對塑膠部件3進行金屬化處理之習知MID製造法，本發明的方法絕不僅限於雷射直接成型。
1‧‧‧載體
2‧‧‧連接件
3‧‧‧塑膠部件
4‧‧‧材料弱化
5‧‧‧成型部/凹口
6‧‧‧連接片
7‧‧‧銅指
8‧‧‧鍍金屬層
9‧‧‧梳狀結構
10‧‧‧間隔墊片
11‧‧‧線圈架
圖1為一塑膠部件的俯視圖，其藉由連接件單側連接載體；圖1為一塑膠部件的俯視圖，其藉由連接件雙側連接載體；圖3為圖2所示之亦連接相應連接片之塑膠部件的俯視圖；圖4為連接載體之連接件之替代設計方案的俯視圖；圖5為圖1至圖3所示載體之詳圖；圖6為該載體與該連接件之如圖4所示連接的側向剖面圖；圖7為圖3所示連接塑膠部件之載體在處於一線圈架上的繞組之側視圖；圖8a為圖3所示連接塑膠部件之載體的詳圖；圖8b為另一設計方案中連接件與載體之連接的詳圖；及 圖9為圖3所示塑膠部件的俯視圖，該塑膠部件接觸該連接片且藉由該等連接件接觸該等載體。
1‧‧‧載體
2‧‧‧連接件
3‧‧‧塑膠部件
6‧‧‧連接片

Claims (20)

  1. 一種在特定言之三維的塑膠部件(3)上製造鍍金屬層的方法，其中，可選製造一導電層及在其上面製造一電鍍金屬層(8)，其特徵在於，利用連接件(2)將該等塑膠部件(3)連接柔性載體(1)，特別是輸送帶，該載體單側或雙側連接相應塑膠部件(3)，以便將多個塑膠部件(3)臨時聯結在一起，藉此便可為該載體(1)與該塑膠部件(3)建立導電連接，以便藉由該連接件(3)為該電鍍金屬層(8)實施供電，其中，在該等塑膠部件(3)上模製相應連接件(2)。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，將該等連接件(2)連同該載體(1)特別是以機械的方式夾緊於該載體(1)之(例如)成型部(5)及/或凹口上。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中，將該等成型部(5)及/或凹口有規則地置入該載體(1)。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，該連接件(2)沿實施為標定斷裂點之材料弱化(4)連接該塑膠部件(3)。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，將兩載體(1)及一處於二者之間的塑膠部件(3)連接在一起。
  6. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，多個平行載體(1)被佈置於相鄰塑膠部件(3)之間的連接片(6)連接在一起。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中，將該等連接片 (6)連接該塑膠部件(3)。
  8. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，將該至少一載體(1)連同相連的該等塑膠部件(3)一起捲繞於線圈架(11)上。
  9. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，將該等載體(1)及/或該等連接片(6)連接間隔墊片(10)，該等間隔墊片在橫向於該載體(1)之主延伸方向的方向上具有一定高度且採用某種尺寸，使得該等塑膠部件(3)在該載體(1)之捲繞狀態下彼此間隔足夠的距離。
  10. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，將用作間隔墊片之可再利用的獨立塑膠帶與該載體(1)捲繞在一起，以便該塑膠帶以及該載體(1)交替出現。
  11. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，用非導電材料(如塑膠)製造至少一載體(1)。
  12. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，藉由較薄化學鍍金屬層並特定言之利用之前進行的選擇性啟動來為該連接件(2)與該載體(1)以及/或者為該連接件(2)與該塑膠部件(3)的至少一(較佳多個)導電區域建立導電連接。
  13. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，藉由在之前的選擇性表面粗化完畢後產生導電表面來為該連接件(2)與該載體(1)以及/或者為該連接件(2)與該塑膠部件(3)的至少一(較佳多個)導電區域建立導電連接。
  14. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，利用 滑動接點來電接觸至少一載體(1)。
  15. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，將該連接件(2)沿一連續線條連接該載體(1)，該線條之長度明顯大於該連接件(2)在該載體(1)之縱向上的延伸度。
  16. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，在對該處於捲繞狀態之載體(1)實施端面接觸的電解槽內實施該電金屬化處理(8)。
  17. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，在化學及電金屬化處理過程中對該等塑膠部件整面鍍覆導電層，隨後鍍覆特定言之由錫構成的抗蝕劑，再利用雷射置入絕緣路徑，最後對該導電層之透過上述方式曝露出來的區域進行蝕刻。
  18. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，對該等塑膠部件(3)實施光學位置偵測。
  19. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，對該等連接片(6)及/或該載體(1)中的凹口(5)進行偵測來實現位置測定。
  20. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，利用機械分離法或電磁射線沿該標定斷裂點及/或該材料弱化(4)將該等連接件(2)從該塑膠部件(3)上分開。
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